I en nyligen publicerad studie publicerad i tidskriften "Molecular Cell", har forskare belyst hur proteintillverkningsmaskineriet i celler kan växla växlar och producera olika proteiner med anmärkningsvärd precision. Denna upptäckt ger nya insikter i de grundläggande processer som styr genuttryck och proteinsyntes, vilka är väsentliga för alla levande organismers funktion.

I hjärtat av proteinsyntesen ligger ribosomen, en komplex struktur som består av RNA-molekyler och proteiner. Ribosomer läser den genetiska informationen som kodas i budbärar-RNA (mRNA) och använder den för att samla aminosyror till proteinkedjor. Noggrannheten i denna process är avgörande, eftersom även mindre avvikelser kan ha djupgående effekter på proteinfunktionen.

Forskargruppen, ledd av forskare vid University of California, Berkeley, fokuserade på ett specifikt steg i proteinsyntesen som kallas translationsinitiering. Detta steg involverar bindning av en ribosom till mRNA och rekrytering av andra faktorer för att starta sammansättningen av proteinkedjan.

Med hjälp av en kombination av biokemiska och strukturella tekniker, identifierade forskarna en liten strukturell förändring som gör det möjligt för ribosomen att byta från att översätta ett mRNA till ett annat. Denna förändring involverar förflyttning av en enda domän inom ribosomen, vilket exponerar ett bindningsställe för en specifik proteinfaktor. Denna proteinfaktor rekryterar i sin tur ytterligare en uppsättning faktorer som känner igen startkodonet på det nya mRNA:t, vilket initierar translationen av ett annat protein.

Forskarna upptäckte också att denna strukturella förändring kan regleras av koncentrationen av en liten molekyl som kallas guanosintrifosfat (GTP) i cellen. GTP fungerar som en molekylär switch, som främjar konformationsförändringen när dess nivåer är höga och hämmar den när dess nivåer är låga.

Denna regleringsmekanism tillåter celler att kontrollera translationen av olika mRNA och justera produktionen av specifika proteiner som svar på förändrade cellulära förhållanden eller miljösignaler. Till exempel, när en cell behöver producera mer av ett visst protein, kan det öka nivåerna av GTP, vilket i sin tur främjar den strukturella förändringen i ribosomen och underlättar translationen av motsvarande mRNA.

Resultaten av denna studie fördjupar vår förståelse av de molekylära mekanismerna bakom proteinsyntes och genuttryck. Genom att dechiffrera hur ribosomen kan växla växlar och anpassa sig till olika mRNA, får forskare insikter i den komplicerade regleringen av cellulära processer och utvecklingen av potentiella terapeutiska strategier för sjukdomar orsakade av proteinfelveckning eller dysreglering.